系统级芯片 头豹词条报告系列

Leadleo.com 客服电话：400-072-5588 系统级芯片头豹词条报告系列 伍鑫童 2023-06-29未经平台授权，禁止转载版权有问题？点此投诉 制造业/计算机、通信和其他电子设备制造业/电子器件制造/集成电路制造 信息科技/半导体 行业： 行业定义 系统级芯片（SystemonChip，SoC），别名片上系… AI访谈 行业分类 根据晶体管数量，可将系统级芯片分为“十亿级”晶体管… AI访谈 行业特征 系统级芯片行业呈现周期性波动、下游应用领域广泛、国… AI访谈 发展历程 系统级芯片行业 目前已达到3个阶段 AI访谈 产业链分析 上游分析中游分析下游分析 AI访谈 行业规模 中国系统级芯片设计行业规模从2017年的796.5亿元增长… AI访谈数据图表 政策梳理 系统级芯片行业相关政策7篇 AI访谈 竞争格局 系统级芯片设计行业呈现以晶晨半导体、北京君正、国科… AI访谈数据图表 摘要系统级芯片（SystemonChip，SoC），别名片上系统、系统集成电路，指将微处理器、信息处理系统、嵌入式软件集合在一块芯片的技术。区别于仅集成硬件的传统芯片，系统级芯片将硬件设备与软件系统相结合，该功能依托知识产权核（IntellectualProperty，IP）实现。IP核指具有特定功能的芯片设计模块，其功能包括：基于处理器运行系统及应用软件、视频图像编码解码、运行算法软件等，系统级芯片可理解为使用预定制IP核的集成电路。在产业链方面，系统级芯片设计行业上游为IP核供应商及EDA工具供应商。IP核是组成系统级芯片的设计模块，EDA工具是利用计算机软件辅助芯片物理、功能设计的技术。系统级芯片设计行业下游分为晶圆代工厂、芯片封测行业和终端应用三部分。晶圆代工厂负责根据设计方案制造系统级芯片。芯片封测指系统级芯片的封装及检测。终端应用呈现碎片化的特点，产品涵盖电子消费、智能物联等多个领域，如智能手机、平板电脑、无线蓝牙耳机、汽车智能座舱、智能家居、医疗设备、卫星技术等。在市场规模方面，中国系统级芯片设计行业规模从2017年的796.5亿元增长至2022年的2,542.6亿元，年复合增长率26.1%，过去五年，消费电子市场如智能手机、平板电脑是拉动系统级芯片设计行业增长的主要动力。在未来，系统级芯片设计市场规模预计从2023的3,060.5亿增长至2027年的5,825.4亿元，2023年-2027年年复合增长率预计达17.5%，未来系统级芯片设计行业将由消费电子市场拉动转变为由智能物联市场拉动。 系统级芯片行业定义[1] 系统级芯片（SystemonChip，SoC），别名片上系统、系统集成电路，指将微处理器、信息处理系统、嵌入式软件集合在一块芯片的技术。区别于仅集成硬件的传统芯片，系统级芯片将硬件设备与软件系统相结合，该功能依托知识产权核（IntellectualProperty，IP）实现。IP核指具有特定功能的芯片设计模块，其功能包 括：基于处理器运行系统及应用软件、视频图像编码解码、运行算法软件等，系统级芯片可理解为使用预定制IP核的集成电路。 系统级芯片生产流程包括集成电路设计、晶圆制造、芯片封装、成品测试四个环节。系统级芯片企业有两种商业模式，分别是IDM模式（IntegratedDesignandManufacturing）和Fabless（Fabrication+less）模式。IDM模式指企业建立自有生产线，芯片设计、制造、测试等环节全部独立完成的模式。Fabless模式指企业仅负责芯片研发设计的模式，芯片制造由外包晶圆代工厂完成。由于生产线费用高昂，目前仅三星、德州仪器、IBM等少数企业维持IDM模式，大部分企业采用Fabless模式。本报告研究对象为具有芯片设计业务的企业，不包括仅负责芯片加工的外包晶圆代工厂。[2] [1]1：https://www.21ic.c… 2：全志科技招股意向书，… [2]1：https://www.21ic.c… 2：全志科技招股意向书，… 系统级芯片行业分类[3] 根据晶体管数量，可将系统级芯片分为“十亿级”晶体管系统级芯片、“千万至十亿级”晶体管系统级芯片和“百万级”晶体管系统级芯片。晶体管是集成电路运行的基本元件，其对系统级芯片的影响分为三个方面：IP核性能、芯片面积、能耗。在IP核性能方面，晶体管数量的提升促进CPU、GPU等IP核性能的升级。在芯片面积方面，系统级芯片制程工艺（制程指芯片电路之间的间距）决定晶体管的尺寸，制程节点越小，晶体管尺寸越小。因此，理论上，在芯片晶体管数量相同的情况下，系统级芯片制程节点越小，芯片面积越小，成本随之降低。在能耗方面，晶体管作为控制电流通断的设备，在运行时会产生电阻，进而产生热量，当晶体管尺寸变小时，电阻减小，产生热量随之减少。[4] 系统级芯片分类 “十亿级”晶体管系统级芯片 “十亿级”晶体管系统级芯片主要特征为晶体管数量达到或超过十亿级，该芯片面积较大，制程工艺小于10nm。目前此类芯片普遍以"一个超大核心+多个中小核心"的架构设计芯片，一块芯片拥有多个处理器，在制程工艺、性能上大幅提升。同时，为实现移动接入、电话等传统移动终端功能，“十亿级”晶体管系统级芯片尤其是移动端芯片会添加集成式或外挂式基带。“十亿级”晶体管系统级芯片主要集中于高端市场，涵盖手机、平板电脑、服务器市场等，主要厂商包括高通、联发科、苹果、华为等。 系统级芯片分类 “千万至十亿级”晶体管系统级芯片 “千万至十亿级”晶体管系统级芯片主要特征为晶体管数量千万到十亿级别，该芯片面积较大，制程工艺以28nm为主（部分先进产品进入12nm-14nm）。此类芯片主要集中于次高端市场，相比于高端市场芯片，对算力要求略低。“千万至十亿级”晶体管系统级芯片主要应用于智能音频、物联网、智能电视、网络机顶盒、安防等领域，主要厂商包括全志科技、瑞芯微、晶晨半导体等。 “百万级”晶体管系统级芯片 “百万级”晶体管系统级芯片主要特征为晶体管数量百万级别，该芯片面积小，制程工艺普遍在16nm-55nm。此类芯片多为专用型系统级芯片，更接近MCU芯片领域，对芯片算力和性能要求最低。“百万级”晶体管系统级芯片适用于特定应用场景，如智能手表，无线蓝牙耳机等领域，主要厂商包括恒玄科技、中科蓝讯等。 [3]1：https://mp.weixin.… 2：海通国际 [4]1：https://mp.weixin.… 2：海通国际 [5]1：海通国际 系统级芯片行业特征[6] 系统级芯片行业呈现周期性波动、下游应用领域广泛、国产替代率低的行业特点。在周期性方面，芯片短期因供需错配形成库存周期，人工智能和物联网技术的应用推动系统级芯片行业长期成长。在产品方面，系统级芯片主要应用于消费电子、智能物联和国家级战略安全等领域，覆盖范围广泛。在国产替代方面，部分领域的系统 级芯片发展迅速，国产替代率高，但以手机芯片为代表的高端系统级芯片（制程节点小）仍落后于国际先进芯片公司。 1系统级芯片行业呈现周期性波动特点 作为半导体行业的细分行业，系统级芯片行业受经济周期影响较明显，库存周期、产能投资、技术升级等因素的叠加影响造成系统级芯片产业周期性波动。 系统级芯片的周期性可分为短周期和长周期。在短周期内，芯片销售额和供给呈现2-3年的周期性波动，是显著的“库存周期”。需求与供给不平衡是库存周期的主要成因，具体可分为五个阶段：复苏、繁荣、放缓、衰退和谷底。由于国际经济疲软和晶圆代工厂产能扩充，当下系统级芯片行业处于库存周期由衰退到谷底的过渡阶段，产能利用率下滑，行业增速放缓。在长周期内，技术创新推动系统级芯片终端产品渗透率提升，完整周期约3-10年。人工智能和物联网成为推动系统级芯片技术创新的重要因素，系统级芯片是智能设备的“大脑”，万物智联化和数据化需求促进系统级芯片长期发展。 [7 2系统级芯片下游应用领域广泛 系统级芯片是一个完整的单芯片计算机系统，相比于传统芯片（如MCU芯片）能够执行更复杂的计算任务，因此其应用领域庞大，总体可概括为：消费电子、智能物联、国家级战略安全领域。 1.消费电子指针对消费者日常生活、工作、娱乐中不同需求而设计的电子类产品，主要侧重于个人消费。消费电子市场应用的系统级芯片众多，例如：应用于智能手机的苹果A系列芯片、华为海思麒麟芯片、三星猎户座芯片，应用于电脑的苹果M系列芯片、微软SQ系列芯片。2.智能物联指将人工智能与物联网技术 （AI+IoT，AIoT）深度融入到社会经济生活等各个领域实现万物智能互联。系统级芯片是人工智能的硬件基础，人工智能领域的语音视觉识别技术、自然语言处理技术及深度学习等多个领域依赖于带有人工智能功能的芯片产品，例如支持片上学习的英特尔神经形态芯片、灵汐科技的类脑处理芯片。在物联设备市 场，由于具备高算力和低能耗的优势，系统级芯片可以提升物联设备交互体验，其应用领域涉及智能安防、智慧商显、汽车电子、智能穿戴等多个智能物联领域。3.系统级芯片也应用于卫星技术、医疗等国家 级战略产业。在卫星通信、导航等领域，卫星系统级芯片如芯火鸟芯片的问世逐步结束z中国卫星芯片依赖进口的局面，有利于中国卫星技术的整体建设发展。在医疗领域，《“十四五”医药工业发展规划》将医药工业定义为关系国家安全的战略性产业，系统级芯片的应用推动医疗科技发展创新，如核磁共振、CT扫描等成像设备以及心率检测、血压测量等便捷式医疗设备。 3高端系统级芯片国产替代率低 中国国产系统级芯片在个别领域（如语音与视觉识别领域）已达到全球领先水平，但整体存在国产替代率低的问题，尤其是制程节点小的高端系统级芯片。 在海外对华芯片产业设限的大背景下，中国系统级芯片行业在高端芯片设计、制造、封装测试等环节尚未实现完全自主可控。以智能手机芯片为例，2020年10月22日，华为发布制程5nm的麒麟9000手机系统级芯片。在国外的限制下，华为麒麟芯片停产，至今仍是国产制程工艺最高的手机系统级芯片。目前国际手机系统级芯片制程工艺已经向3nm迈进，国产手机系统级芯片与联发科、高通、苹果等厂商在技术和产能方面差距较明显。 [6]1：https://www.elecfa… 5：https://zhuanlan.z… 2：https://xueqiu.co…6：https://caifuhao.e… 3：https://www.elecfa…7：海通国际，瑞芯微招股… 4：https://mp.weixin.… [7]1：https://zhuanlan.z… 5：https://xueqiu.co… 2：https://caifuhao.e…6：https://www.elecfa… 3：https://mp.weixin.…7：海通国际，瑞芯微招股… 4：https://www.elecfa… 系统级芯片发展历程[8] 20世纪九十年代中期，伴随着国外系统级芯片概念逐渐传入中国，系统级芯片设计行业在909工程后进入启动阶段。2000年以来，早期知名芯片设计公司纷纷开始成立，其中包括中国知名芯片设计商华为海思。2003年，哈工大微电子中心成功搭建中国首家系统级芯片设计平台。2014年，随着《国家集成电路产业发展推进纲要》的颁布，中国系统级芯片设计行业从启动期转向快速发展期。2019年，美国出台芯片限制禁令，推动中国以国产自主可控、摆脱国外限制为主要目标，发展芯片全产业链。[9] 萌芽期1970~1995 1974年，系统级芯片概念出现之前，一款Microma电子手表发布，其工作原理已具备系统级芯片将 软件与硬件结合的属性。20世纪80年代，专注于芯片制造封测的台积电成立，推动集成电路产业由设计、制造、封测一体的IDM模式逐步转向设计、制造、封测分工的模式。 1990年，IP核龙头Arm开创IP核授权模式，集成电路逐渐向集成系统的方向转变，设计厂商趋向于将软件功能集成到单芯片上，推动系统级芯片的形成。 1994年摩托罗拉